CN201699089U - 锂离子电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种锂离子电池，其包括层叠并间隔设置的正极片及负极片，该正极片具有至少一第一通孔，该负极片具有至少一第二通孔，该第二通孔与该第一通孔位置对应。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种锂离子电池。
背景技术
现有的锂离子电池可分为卷绕式及层叠式两类，其包括外壳体、封装于外壳体内的正极片、负极片、隔膜及电解液。该隔膜设置于正极片与负极片之间。该电解液充分浸润正极片、负极片及隔膜。所述正极片包括一正极集流体及形成于该正极集流体表面的正极材料层。所述负极片包括一负极集流体及形成于该负极集流体表面的负极材料层。
层叠式的锂离子电池可包括多层交叠设置并通过隔膜间隔的正、负极片。为了减小锂离子电池的厚度，正、负极片间的压合较为紧密，从而造成了向正、负极片间注入电解液较为困难。正、负极片的面积越大，层叠的数量越多，电解液越难以注入。因此，为使电解液能够渗透并充分浸润至正、负极片的中部，在制造的过程中通常需要将注入电解液后的锂离子电池放置较长时间。这一缺点在动力大电池的制造过程中尤为明显，注入电解液后的动力大电池往往需要放置十几小时甚至更长时间，大大影响了锂离子电池的生产效率。另外，这种紧密压合的正负极片使充放电过程中锂离子电池内部产生的气体不易向外排出，影响锂离子电池的循环性能。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种易于注入电解液且在使用过程中气体易于排出的锂离子电池。
一种锂离子电池，其包括层叠并间隔设置的正极片及负极片，该正极片具有至少一第一通孔，该负极片具有至少一第二通孔，该第二通孔与该第一通孔位置对应。
相较于现有技术，所述锂离子电池的正、负极片均具有通孔，使电解液易于从通孔中进入并渗透至正、负极片中部，并且在充放电过程中，该锂离子电池内部产生的气体易于从通孔排出。
附图说明
图1为本实用新型实施例锂离子电池的外部结构示意图。
图2为本实用新型实施例锂离子电池的内部结构示意图。
图3为图2中沿III-III线的剖视示意图。
图4为正极片的通孔与负极片的通孔的配合示意图。
主要元件符号说明
锂离子电池 100
正极片 102
负极片 104
隔膜 106
外部封装结构 108
正极集流体 112
正极材料层 122
负极集流体 114
负极材料层 124
极耳 130
第一通孔 132
第二通孔 134
具体实施方式
下面将结合附图及具体实施例对本实用新型提供的锂离子电池及其制造方法作进一步的详细说明。
请参阅图1及图2，本实用新型实施例提供一种锂离子电池100，其包括正极片102、负极片104、隔膜106、非水性电解液及外部封装结构108。该外部封装结构108将正极片102、负极片104、隔膜106及非水性电解液封装其间。该正极片102与负极片104层叠设置，并通过隔膜106相互间隔。该层叠的正极片102、负极片104及隔膜106相互贴合。可以理解，虽然图1仅示出一正极片102及两负极片104交叠的结构，该锂离子电池100可包括多个正极片102与多个负极片104交替层叠设置，每两个相邻的正极片与负极片之间具有一隔膜。该正、负极片102，104的数量不限，正、负极片102，104可以分别为1层～100层或更多层，优选为20层～50层。
请参阅图3，该正极片102包括一片状的正极集流体112及形成于该正极集流体112与所述负极集流体114相对的表面的正极材料层122。该负极片104包括一片状的负极集流体114及形成于该负极集流体114与所述正极集流体112相对的表面的负极材料层124。优选地，该正极片102具有两个正极材料层122分别形成在该正极集流体112两个相对表面，该负极片104具有两个负极材料层124分别形成在该负极集流体114两个相对表面。将所述正极片102与负极片104层叠设置后，该正极材料层122与负极材料层124通过所述隔膜106间隔，并与所述隔膜106贴合设置。该正极集流体112及负极集流体114还可分别具有一伸出正极材料层122及负极材料层124外部的极耳130。该极耳130用于与锂离子电池外部的电路电连接。当多个正极片102与多个负极片104交替层叠设置时，该多个正极集流体112的极耳相互重叠，该多个负极集流体114的极耳相互重叠，且该正极集流体112的极耳与该负极集流体114的极耳分开设置。
该正极片102具有至少一第一通孔132，该负极片104具有至少一与所述第一通孔132相对应的第二通孔134。该第一通孔132与第二通孔134为电解液提供流通通道，使正、负电极片102，104表面的电解液能够流入正、负电极片102，104之间。优选地，该正极片102与负极片104均具有多个基本均匀的分布在正、负极片102，104上的第一及第二通孔132，134。形成在正极片102上的第一通孔132使正极片102两个相对的表面连通，形成在负极片104上的第二通孔134使负极片104两个相对的表面连通。可以理解，该第一及第二通孔132，134的数量与正、负极片102，104的面积有关，当锂离子电池较小时，如正、负极片102，104的边长小于等于10厘米时，可仅在正极片102的中心形成一第一通孔132，并在负极片104的中心形成一与第一通孔132位置对应的第二通孔134。
由于该正、负极片102，104整体具有第一及第二通孔132，134，该正极材料层122、正极集流体112、负极材料层124及负极集流体114也具有通孔，且该正极材料层122的通孔与正极集流体112的通孔边缘对齐，该负极材料层124的通孔与负极集流体114的通孔边缘对齐。每个负极片104上的第二通孔134都与一个正极片102上的第一通孔132对应。亦即，正极片102上的第一通孔132的数量可以多于负极片104的第二通孔134的数量。优选地，第一通孔132及第二通孔134数量相等。当将正、负极片102，104层叠设置后，该正、负极片102，104的相互对应的第一及第二通孔132，134的轴线基本对准。然而，该正、负极片102，104是先各自形成第一及第二通孔132，134后，再与所述隔膜106装配在一起的，因此设置于所述正、负极片102，104之间的隔膜106为一完整结构，并不具有类似于正、负极片102，104的第一及第二通孔132，134，从而防止正、负极片102，104之间的短路。
该正、负极片102，104的第一及第二通孔132，134形状不限、可以为圆孔、方空、菱形孔、三角形孔、多边形孔或其组合。该正、负极片102，104相对应的第一及第二通孔132，134可以具有一致的形状，例如当正极片102上的第一通孔132为圆孔时，与该第一通孔132对应的负极片104的第二通孔134也为圆孔。该每个第一及第二通孔132，134的面积约为0.001平方毫米～13平方毫米，每个第一及第二通孔132，134的边长或直径约为50微米～4毫米。优选地，该第一及第二通孔132，134为直径1毫米～2毫米的圆孔。同一正、负极片102，104上相邻的两个第一及第二通孔132，134轴线之间的间隔为1厘米～50厘米，优选为5厘米。该多个第一及第二通孔132，134可按行及列排列形成阵列，或以正、负极片102，104的中心为圆心呈发散状排列。该正、负极片102，104的开孔率优选小于10％，更为优选小于2％，如1％至1‰。较小的开孔率一方面可以确保正、负极集流体112，114表面能够担载更多活性物质，避免影响电池容量；另一方面可以确保正、负电极集流体112，114具有足够的强度，不致由于挤压而断裂。
请参阅图4，该正极片102的第一通孔132的尺寸可以大于或等于所述负极片104第二通孔134的尺寸。当该通孔132，134为圆形孔时，该第一通孔132的直径大于或等于第二通孔134的直径。当该通孔132，134为矩形孔时，该第一通孔132的边长大于或等于第二通孔134的边长。优选地，该正极片102通孔132的尺寸大于所述负极片104第二通孔134，从而为负极片104第二通孔134的位置留有余量，易于装配。当正、负极片102，104第一及第二通孔132，134的位置略有偏差而非精确对准时，在垂直于所述正、负极片102，104的方向上，该正极片102的第一通孔132包围该负极片104的第二通孔134，使负极片104的第二通孔134位于正极片102的第一通孔132的范围内，从而使整个正极片102的正极材料层122均对应有负极片104的负极材料层124。由于正极材料层122含锂，这种设置方式使从正极片102到负极片104的方向上，由于总有负极材料层124与正极材料层122相对应，防止锂离子直接以金属锂的形式析出，提高电池的安全性。优选地，该正极片102第一通孔132的边长或直径为该负极片104第二通孔134的边长或直径的1.5倍至2倍。本实施例中，该正极片102第一通孔132的边长或直径为2毫米，该负极片104第二通孔134的边长或直径为1毫米。当该锂离子电池100包括多个正极片102及多个负极片104相互交叠时，该多个正、负极片102，104中的第一及第二通孔132，134的轴线均相互基本对准，或至少使所述负极片104的第二通孔134能够位于所述正极片102的第一通孔132的范围内。
该正、负极集流体112，114为金属箔片，该正极集流体112可以为铝箔或钛箔，该负极集流体114可以为铜箔或镍箔。该正、负极集流体112，114的厚度为1微米～200微米。该正极材料层122包括均匀混和的正极活性物质、导电剂及粘结剂。该负极材料层124包括均匀混合的负极活性物质、导电剂及粘结剂。该正极活性物质可以为锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂或磷酸铁锂等，该负极活性物质可以为天然石墨、有机裂解碳或中间相碳微球(MCMB)等，该导电剂可以为乙炔黑或碳纤维等，该粘结剂可以为聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)等。可以理解，该正极活性物质、负极活性物质、导电剂及粘结剂也可采用其他常用的材料。该正极片102的整体厚度约为100微米～300微米，优选为200微米。该负极片104的整体厚度约为50微米～200微米，优选为100微米。
所述隔膜106可以为聚丙烯微孔性膜，所述电解液中的电解质盐可以为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂或双草酸硼酸锂等，所述电解液中的有机溶剂可以为碳酸乙烯酯、碳酸二乙酯或碳酸二甲酯等。可以理解，所述隔膜106和电解液也可采用其他常用的材料。另外，所述电解液可以用固体电解质膜或离子液体取代，当该锂离子电池具有固体电解质膜时，该固体电解质膜进一步取代所述隔膜106，设置在所述正极材料层122与负极材料层124之间。
所述外部封装结构108可以为硬质电池壳或软封装袋。所述130暴露于所述外部封装结构108之外，从而实现与外部电路的电连接。
本实用新型实施例锂离子电池的制备方法主要包括以下几个步骤：
步骤一，提供正极集流体112及负极集流体114；
步骤二，分别在该正极集流体112及负极集流体114表面均匀涂布正极材料层122及负极材料层124，形成正极片102及负极片104；
步骤三，在正极片102及负极片104上形成位置对应的第一及第二通孔132，134；以及
步骤四，将正极片102及负极片104封装至一外部封装结构108中。
在上述步骤二中，可通过涂膜机对所述正、负极集流体112，114进行涂膜。具体地，先将正极活性物质及负极活性物质分别与导电剂及粘结剂溶液混合，形成正极浆料及负极浆料，再通过涂膜机将正、负极浆料分别涂布于正、负极集流体112，114表面并干燥，形成正、负极材料层122，124。进一步地，可通过压膜机对涂布的正、负极材料层122，124进行压实。
在上述步骤三中，所述形成第一及第二通孔132，134的方法可以采用冲压法或激光刻蚀法等方法。通过激光刻蚀法可形成尺寸较小的第一及第二通孔132，134。所述第一及第二通孔132，134是在形成正、负极材料层122，124之后形成的，从而避免先单独对正、负极集流体112，114开孔后再进行涂布时产生的浆料渗漏或粘连使第一及第二通孔132，134堵塞的情况。所述第一及第二通孔132，134是形成在正、负极片102，104对应的位置，具体地，可通过定位装置将大小相等的正、负极片102，104固定，并在相同的位置进行打孔。
当所述锂离子电池采用电解液或离子液体时，上述步骤四可进一步包括：
(1)提供隔膜106，将正极片102与负极片104分别设置于所述隔膜106两侧并压合；以及
(2)通过所述第一及第二通孔132，134向正极片102及负极片104间注入电解质，并将所述正极片102、负极片104、隔膜106及电解质封装于所述外部封装结构108中。
在上述步骤(1)中，可先将所述隔膜106铺设于正极片102表面，再将所述负极片104覆盖于隔膜106之上，在装配的过程中，应通过定位装置使正极片102上的第一通孔132与负极片104上的第二通孔134尽量对准。当所述锂离子电池包括多个正极片102及多个负极片104时，可反复多次的依次层叠所述正极片102、隔膜106及负极片104，形成多层结构。层叠后的正、负极片102，104及隔膜106可通过压膜机相互压紧。
在上述步骤(2)中，所述电解液通过所述通孔注入正、负极片102，104之间。由于所述正、负极片102，104具有第一及第二通孔132，134，通过所述第一及第二通孔132，134，电解液可快速地流入正、负极片102，104之间，迅速浸润整个正极片102、负极片104及隔膜106，提高了锂离子电池的生产效率。所述正、负极片102，104的面积越大，尤其是在动力大电池中，从通孔处注入电解液的效果越明显。优选地，该正、负极片102，104的面积可大于400平方厘米。当该正、负极片102，104为矩形时，该正、负极片102，104的边长可大于20厘米，优选为50厘米～100厘米。
当所述锂离子电池100采用固体电解质时，可直接将固体电解质膜代替所述隔膜106设置在正、负极片102，104之间。
所述锂离子电池在使用时，由于所述正、负极片102，104具有第一及第二通孔132，134，使在正、负极片102，104间电解液或其他物质分解产生的气体能够容易的排出。
另外，本领域技术人员还可在本实用新型精神内做其他变化，当然，这些依据本实用新型精神所做的变化，都应包含在本实用新型所要求保护的范围之内。
Claims (18)
1.一种锂离子电池，其包括层叠并间隔设置的正极片及负极片，其特征在于，该正极片具有至少一第一通孔，该负极片具有至少一第二通孔，该第二通孔与该第一通孔位置对应。
2.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该正极片具有多个第一通孔，该负极片具有多个第二通孔，每个第二通孔都与一个第一通孔对应。
3.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，所述相互对应的第一通孔与第二通孔的轴线基本对准。
4.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该第一通孔与第二通孔具有相同的形状。
5.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该第一通孔的面积大于所述第二通孔的面积。
6.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，在垂直于所述正、负极片的方向上，所述相互对应的第二通孔位于所述第一通孔的范围内。
7.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该第一通孔及第二通孔的形状包括圆孔、方空、菱形孔、三角形孔及多边形孔中的至少一种。
8.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，每个所述第一通孔及第二通孔的面积为0.001平方毫米至13平方毫米。
9.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，该相邻的两个第一通孔及相邻的两个第二通孔的轴线之间的间距为1厘米至50厘米。
10.如权利要求2所述的锂离子电池，其特征在于，该第一通孔为直径2毫米的圆孔，该第二通孔为直径1毫米的圆孔，并一一轴线对准。
11.如权利要求10所述的锂离子电池，其特征在于，该相邻的两个第一通孔及相邻的两个第二通孔的轴线之间的间距均为5厘米。
12.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该正极片及负极片的开孔率小于10％。
13.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，该正极片包括一正极集流体及设置于该正极集流体表面的正极材料层，该负极片包括一负极集流体及设置于该负极集流体表面的负极材料层。
14.如权利要求13所述的锂离子电池，其特征在于，该正极集流体为铝箔或钛箔，该负极集流体为铜箔或镍箔。
15.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，进一步包括将该正极片与该负极片间隔的隔膜。
16.如权利要求15所述的锂离子电池，其特征在于，进一步包括电解质及外部封装结构将所述正极片、负极片、电解质及隔膜封装于该外部封装结构中。
17.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，进一步包括将该正极片与该负极片间隔的固体电解质。
18.如权利要求1所述的锂离子电池，其特征在于，包括多个正极片及多个负极片，该多个正极片与多个负极片交替层叠并间隔设置，该每个正极片具有多个第一通孔，该每个负极片具有多个第二通孔，该每个第二通孔都与一个第一通孔对应。
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